Post on 06-Jul-2015
Ciências da Natureza e suas Tecnologias - FÍSICA
Ensino Médio, 2ª Série
ONDULATÓRIA
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
APRESENTAÇÃO
No estudo dos movimentos oscilatórios,
estão fundamentados alguns dos maiores
avanços para a ciência, como a primeira
medição com precisão da aceleração da
gravidade, a comprovação científica da
rotação da Terra, além de inúmeros benefícios
tecnológicos, como a invenção dos primeiros
relógios mecânicos (1).
ONDA
É uma perturbação que se propaga em um meio,
determinando a transferência de energia, sem transporte
de matéria.
Em relação à direção de propagação da energia
nos meios materiais elásticos, as ondas são classificadas
em (2):
Unidimensionais
Bidimensionais
Tridimensionais
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
NATUREZA DAS ONDAS
1. Ondas mecânicas: são aquelas originadas pela deformação de uma região de um meio elástico e, para se propagarem, necessitam de um meio material. Elas não se propagam no vácuo. O som, ondas numa corda, ondas na superfície de um lago são exemplos de ondas mecânicas (3).
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
2. Ondas eletromagnéticas: são aquelas
originadas por cargas elétricas oscilantes.
Propagam-se no vácuo e em certos meios
materiais. Luz, ondas de rádio, micro-ondas,
raios X e raios são exemplos de ondas
eletromagnéticas (4).
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Tipos de onda
1. Ondas transversais: são aquelas em que a direção
de propagação é perpendicular à direção de vibração.
2. Ondas longitudinais: são aquelas em que a direção
de propagação coincide com a direção de vibração.
3. Ondas mistas: são aquelas em que as partículas do
meio vibram transversal e longitudinalmente ao mesmo
tempo (5).
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Componentes de uma onda
Uma onda é formada por alguns componentes
básicos que são (6):
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Imagem: Kraaiennest / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Tradução Nossa.
elevação
comprimento de onda
amplitude crista
vala
COMPRIMENTO DE ONDA
É denominado comprimento da onda e expresso
pela letra grega lambda (λ), a distância entre duas
cristas ou dois vales consecutivos (7).
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Imagem: Kraaiennest / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Tradução Nossa.
elevação
comprimento de onda
amplitude crista
vala
Para o estudo de ondas bidimensionais e tridimensionais, são necessários os conceitos de:
1. Frente de onda: é a fronteira da região ainda não atingida pela onda com a região já atingida (8).
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
2. Raio de onda: é possível definir como raio de
onda a linha que parte da fonte e é perpendicular
às frentes de onda, indicando a direção e o sentido
de propagação.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Texto extraído do site:http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/classificacao2.php
Frente da onda
Fonte
Raio da onda
Imagem: Fffred / Public Domain.
Princípio de Huygens
Estabelece que, num movimento
ondulatório progressivo, cada ponto de
uma frente de onda se comporta como
centro emissor de novas ondas com igual período.
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Propagação de um pulso em meios
unidimensionais
Considere uma corda homogênea, de seção
transversal constante, de massa m e comprimento L.
Chama-se densidade linear de massa a grandeza
que é dada por:
A densidade linear de massa representa a
massa da corda por unidade de comprimento. Sua
unidade no SI é o Kg/m.
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L
m
A velocidade de propagação do pulso na corda depende apenas da força de tração (T) e da densidade linear da corda, sendo dada por:
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Tv
Reflexão de pulsos
Quando um pulso atinge a extremidade
de uma corda, verifica-se que ele retorna,
propagando-se de volta para a fonte. Esse
fenômeno é denominado reflexão de um
pulso e ocorre quer a extremidade da corda
esteja fixa ou livre (9).
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Em extremidade fixa, ocorre reflexão com inversão de
fase.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Imagem: Katieanddanielle / GNU Free Documentation License. Tradução Nossa.
somente ondas transversas
invertida
onda refletida
crista - vala
onda incidente Limite fixo
(sem
movimento
no fim)
Em extremidade livre, ocorre reflexão sem
inversão de fase.
FÍSICA, 2ºAno do Ensino Médio Ondulatória
Imagem: Katieanddanielle / GNU Free Documentation License. Tradução Nossa.
somente ondas transversas
invertida
onda refletida
crista - vala
onda incidente Limite fixo
(sem
movimento
no fim)
Refração de pulsos
Considere agora um sistema formado por duas
cordas com densidades lineares diferentes. Uma
extremidade desse sistema é fixa e, na outra, faz-se
um movimento brusco, originando um pulso. Quando o
pulso atinge a junção das cordas, observa-se que ele é
transmitido de uma corda para outra.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Esse fenômeno chama-se refração do pulso. Ao mesmo
tempo, observa-se que um pulso refletido aparece na junção,
movimentando-se em sentido oposto ao pulso incidente.
Da figura acima, podemos observar que o pulso refratado não
sofre inversão de fase.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Imagem
: S
EE
-PE
, re
desenhado a
part
ir d
e
ilustr
ação d
e A
uto
r D
esconhecid
o.
Relação entre a velocidade de propagação da onda,
o comprimento da onda e o período:
ou
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fv .T
v
Reflexão de ondas
Na reflexão de ondas, o ângulo de reflexão r é igual ao
ângulo de incidência i e na frequência, a velocidade de
propagação e o comprimento de onda não variam.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
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Refração de ondas
É o fenômeno no qual uma onda, ao incidir numa superfície, muda seu meio de propagação, alterando-se a velocidade e o comprimento de onda, mas se mantendo constante a frequência da onda (10).
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Sendo 1 o meio de incidência e 2 o meio de emergência:
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
2
1
2
1
2
1
)(
)(
v
v
isen
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: S
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Difração
É o fenômeno pelo qual as ondas conseguem contornar
obstáculos. É tanto mais acentuado quanto maior o comprimento
de onda. Por isso, a difração sonora é mais acentuada e mais
facilmente perceptível que a difração luminosa (11).
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Imagem
: S
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Polarização
A polarização é um fenômeno ondulatório característico das ondas transversais como as ondas luminosas. Por esse fenômeno, a luz natural, cujas ondas vibram em todas as direções, pode ser transformada numa onda plano-polarizada, na qual as ondas apresentam um único plano de vibração (12).
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Vejamos a seguinte situação de polarização de uma onda:
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Imagem
: S
EE
-PE
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str
ação d
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uto
r
Desconhecid
o.
Princípio da superposição
A perturbação da onda resultante em cada ponto do meio, durante a superposição, é a adição das perturbações que seriam causadas pelas ondas separadamente.
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Interferência
É o fenômeno resultante da superposição de duas ou
mais ondas.
Onda estacionária
Figura de interferência determinada pela superposição
de ondas de mesma frequência f, mesmo comprimento de onda λ e mesma amplitude a que se propagam em sentidos opostos num mesmo meio.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Por exemplo, a onda estacionária pode ser obtida numa corda tensa, pela superposição das ondas incidentes e refletidas numa extremidade fixa.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Imagem
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Auto
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FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
221
NN
221
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411
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Desconhecid
o.
Onde:
• V (ventres): pontos da corda que oscilam com amplitude máxima (A = 2a).
• N (nós ou nodos): pontos da corda que não vibram.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Interferência em duas dimensões
Considere duas fontes F1 e F2 produzindo ondas com frequência e amplitude iguais e em fase.
∆ = x2 - x1: diferença entre os caminhos percorridos pelas ondas que se superpõem em P.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Imagem
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Ondas em fase:
• interferência construtiva
• interferência destrutiva
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
2
p
2
i (i : número ímpar)
(p : número par)
Ondas em oposição de fase:
• interferência construtiva
• interferência destrutiva
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
2
p
2
i (i : número ímpar)
(p : número par)
Interferência em ondas luminosas Experiência de Young (interferência de ondas luminosas em fase)
A interferência de ondas luminosas demonstrando que a luz é um
fenômeno ondulatório foi comprovada por Thomas Young.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
L
dy
Imagem
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ação d
e A
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esconhecid
o.
• Franja clara: interferência construtiva
• Franja escura: interferência destrutiva
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
2
p
2
i (i : número ímpar)
(p : número par)
Anéis de Newton (interferência numa lâmina de ar de espessura
variável)
Newton obteve experimentalmente uma figura de
interferência numa lâmina de ar de espessura variável que se tornou conhecida como anéis de Newton.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Imagem: Björn Nordberg / GNU Free Documentation License. Tradução Nossa.
ponto de contato
lente plano-convexa
Anéis de Newton observados por luz refletida
Anéis de Newton observados por luz transmitida
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Anéis de Newton
observados por luz refletida
Anéis de Newton
observados por luz refletida
Imagens (de cima para baixo):
[a] Winnie Summer / GNU Free Documentation License; [b] Warrencarpani / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.
Vamos praticar? Agora é a sua vez!
01. Isoldinha brinca produzindo ondas ao bater com uma varinha na superfície de um lago. A varinha toca a água a cada 5 segundos. Se Isoldinha passar a bater a varinha na água a cada 3 segundos, as ondas produzidas terão maior
a) comprimento de onda.
b) frequência.
c) período.
d) velocidade.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
02. Em locais baixos como num vale, captam-se mal sinais de TV e de telefone celular, que são sinais de frequência alta, mas captam-se bem sinais de rádio de frequência baixa. Os sinais de rádio de frequência baixa são melhor captados porque ————— mais facilmente.
a) refletem
b) refratam
c) difratam
d) polarizam
e) reverberam
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Sugestão de leitura
“Escalas musicais imitam a fala humana” de Reinaldo José Lopes. Disponível em http://www1.folha.uol.com.br/folhaciencia/ult306u9844.shtml (Acesso em 31 de março de 2010).
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
7 e 8 Kraaiennest / Creative Commons
Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sine_wave_amplitude.svg
27/03/2012
10 Fffred / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spherical_wave.svg
27/03/2012
15 Katieanddanielle / GNU Free Documentation License.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Inverted_Reflection.PNG
27/03/2012
16 Katieanddanielle / GNU Free Documentation License.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Erect_Reflection.PNG
27/03/2012
18, 20, 22, 23, 25, 28, 29, 31 e
34.
SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.
Acervo SEE-PE 03/04/2012
36 Björn Nordberg / GNU Free Documentation License.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Newtonringar1.png
27/03/2012
37a Winnie Summer / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Newton-rings.jpg
27/03/2012
37b Warrencarpani / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:20cm_Air_1.jpg
02/04/2012
Tabela de Imagens